BR112013019758B1

BR112013019758B1 - ferramenta de perfuração e processo para a produção de furos

Info

Publication number: BR112013019758B1
Application number: BR112013019758-7A
Authority: BR
Inventors: Dieter Kress
Original assignee: MAPAL Fabrik für Präzisionswerkzeuge Dr. Kress KG
Priority date: 2011-02-02
Filing date: 2012-02-01
Publication date: 2020-08-25
Also published as: CN103338886A; KR102165842B1; WO2012104066A1; KR20140005946A; EP2670550B9; US20130307178A1; DE102011016960A1; BR112013019758A2; JP2014504559A; EP2670550B1; ES2598810T3; KR20190003802A; EP2670550A1

Abstract

FERRAMENTA DE PERFURAÇÃO E PROCESSO PARA A PRODUÇÃO DE FUROS. A presente invenção sugere uma ferramenta de perfuração para a produção de furos, especialmente em materiais compósitos, com uma ponta (3) e uma haste (5) disposta no lado oposto à ponta (3)? visto em direção de um eixo longitudinal (7) da ferramenta de perfuração -, sendo que a ferramenta de perfuração (1) apresenta na área da ponta (3) pelo menos uma borda de corte geometricamente definida, e com uma ampliação do diâmetro (23) que segue a ponta (3) sendo visto da ponta (3) em sentido longitudinal, sendo que a ferramenta de perfuração (1) possui uma primeira área (25) avançando na frente da ampliação do diâmetro (23) com um primeiro diâmetro, e uma segunda área (27) em seguido à ampliação do diâmetro (23) com um segundo diâmetro, sendo que o segundo diâmetro é maior do que o primeiro diâmetro. A ferramenta de perfuração é caracterizada pelo fato de que a ampliação do diâmetro (23) e/ou a segunda área (27) são executadas de tal modo que na área da ampliação do diâmetro (23) e/ou da segunda área (27) ocorre uma geração de aparas no processamento de uma peça a ser usinada que corresponde àquela de um processamento de uma peça a ser usinada com uma borda de corte geometricamente (... ).

Description

FERRAMENTA DE PERFURAÇÃO E PROCESSO PARA A PRODUÇÃO DE FUROS

A presente invenção refere-se a uma ferramenta de perfuração de acordo com o preâmbulo da reivindicação 1 e a um processo para a produção de furos de acordo com o preâmbulo da reivindicação 21.

Ferramentas de perfuração e processos para a produção de furos, especialmente em materiais compósitos, são conhecidos. Materiais compósitos consistem de pelo menos duas camadas de diferentes materiais. Nisso, pelo menos uma camada consiste preferencialmente de material sintético reforçado por fibras, especialmente de material sintético reforçado por fibras de carbono (CFK) [Carbon Fiber Reinforced Plastic = CFRP]. Pelo menos uma segunda camada consiste preferencialmente de metal, especialmente de alumínio ou titânio. Tais materiais compósitos são usados principalmente onde com o peso menor possível precisam ser transmitidas grandes cargas. Estes podem ser, por exemplo, pontos de junção entre componentes estruturais ou outros pontos altamente solicitados, por exemplo, na construção de aeronaves. Consequentemente são usados materiais compósitos, principalmente, porém não exclusivamente, na indústria aeronáutica. Ficou evidente que, devido às diversas propriedades de usinagem específicas e outros parâmetros físicos das diversas camadas de material nos materiais compósitos, também conhecidos como pilhas, quase que não é possível produzir furos cujo diâmetro nas camadas individuais é definido com precisão suficiente. Em particular a elasticidade diferente dos diversos materiais faz com que um furo através de varias camadas não apresente o mesmo diâmetro nas diversas camadas. Nisso, pelo menos um furo de tolerância limitada em pelo menos uma camada pode divergir da tolerância. Até mesmo se o furo primeiramente seja pré-furado em uma dimensão menor e depois, de modo conhecido, seja acabado para obter a dimensão final, observa-se uma divergência do diâmetro nas diversas camadas, o que é prejudicial principalmente no caso de furos de tolerâncias estreitamente definidas. Além disso, em tal processo é desvantajoso que resultam dois passos de trabalho. Na escareamento surge adicionalmente o problema, que ferramentas de escareamento típicas somente apresentam pequenos coletores de aparas, ao passo que materiais compósitos frequentemente contêm camadas tenazes em cuja usinagem surgem aparas compridas. Isto é o caso, por exemplo, em alumínio, em especial se o diâmetro do furo a ser escareado é pequeno, aparas compridas podem entupir os coletores de aparas da ferramenta de escarear e/ou danificar a superfície do furo. O mesmo problema ocorre também em escareadores, isto é, em ferramentas de perfuração e escarear. Em geral, aqui os coletores de aparas são menores ainda do que ferramentas somente para escarear.

Portanto, a presente invenção tem a tarefa de criar uma ferramenta de perfuração, e um processo para a produção de furos, especialmente em materiais compósitos que evitam as desvantagens apontadas. Em especial é preciso ser possível fazer furos em materiais compósitos que apresentam um diâmetro continuamente constante dentro de tolerâncias rígidas. O furo precisa ser executável em apenas um passo de trabalho, e a ferramenta de perfuração deve ter uma vida útil longa, também trabalhando com materiais muito abrasivos, por exemplo, materiais reforçados por fibras, tais como CFRP, isto é, somente deve sofrer um desgaste pequeno.

A tarefa é solucionada criando-se uma ferramenta de perfuração com as características da reivindicação 1. Esta ferramenta de perfuração compreende uma ponta e uma haste que - visto em direção de um eixo longitudinal da ferramenta de perfuração - é disposta opostamente à ponta. Ela apresenta na área da ponta pelo menos uma borda de corte geometricamente definida. Seguindo a ponta é prevista uma ampliação do diâmetro - visto em direção do eixo longitudinal - sendo que a ferramenta apresenta uma primeira área na frente da ampliação do diâmetro com um primeiro diâmetro e uma segunda área que segue a ampliação do diâmetro, com um segundo diâmetro. O segundo diâmetro, no caso, é maior do que o primeiro diâmetro. A ferramenta de perfuração é caracterizada pelo fato de que a ampliação do diâmetro e/ou a segunda área é/são executadas de tal modo que na área da ampliação do diâmetro e/ou na segunda área ocorre uma formação de aparas na usinagem de uma peça a ser usinada que corresponde àquela de uma usinagem de uma peça a ser usinada com uma borda de corte geometricamente indefinida. Portanto, quando um furo é feito em uma peça a ser usinada com a ajuda da ferramenta de perfuração, ocorre nas áreas mencionadas preferencialmente uma usinagem semelhante ao processo de retificar ou afiar. Dessa forma, em especial em materiais frágeis, não podem surgir aparas compridas que eventualmente entopem coletores de aparas da ferramenta de perfuração e/ou que poderiam danificar a superfície do furo. Além disso, as diversas camadas de um material composto nas áreas mencionadas são usinadas de um modo que suas diferentes elasticidades ou outras propriedades diferentes, especialmente propriedades de usinagem já não são mais tão importantes ao ponto de surgirem diversos diâmetros no furo depois da usinagem. A ferramenta de perfuração alcança uma vida útil longa também em materiais muito abrasivos, como CFRP.

Prefere-se uma ferramenta de perfuração onde a diferença entre o primeiro e o segundo diâmetro é selecionada de tal modo que surge a respectiva formação de aparas. É evitada a formação de aparas compridas ou grandes quando o valor pelo qual o segundo diâmetro se distingue do primeiro diâmetro é escolhido de tal modo que na área da ampliação do diâmetro e preferencialmente na área do segundo diâmetro da parede do furo pré-usinada com o primeiro diâmetro somente são removidas partículas pequenas, preferencialmente em forma de pó. A sobremedida do furo pré-usinado pela área do primeiro diâmetro em relação à medida final do furo acabado é, portanto, tão pequena que resulta essencialmente uma remoção de partículas em forma de pó de usinagem durante o processamento de uma peça a ser usinada na área da ampliação do diâmetro e, de preferência, na segunda área. Então ocorre em pelo menos uma dessas áreas uma remoção de material que mais pode ser comparada com aquela de um processo de retificar ou afiar. Este material removido não pode entupir os coletores de aparas da ferramenta de perfuração nem danificar a superfície do furo, já que pode ser removida sem problemas.

Prefere-se uma ferramenta de perfuração onde a área da ampliação do diâmetro e a segunda área apresentam uma borda de corte geometricamente indefinida. Neste caso não é possível que na área da ampliação do diâmetro e/ou na segunda área ocorra a formação de aparas que corresponde àquela de uma usinagem de uma peça a ser usinada com borda de corte geometricamente definida. Em vez disso, em ambas as áreas ocorre preferencialmente a formação de aparas já descrita que corresponde àquela de uma usinagem com um borda de corte geometricamente indefinida.

Também é preferida uma ferramenta de perfuração onde a área da ampliação do diâmetro e preferencialmente também a segunda área, apresentam bordas de corte geometricamente indefinidas. Neste caso é evidente que na usinagem de uma peça a ser usinada ocorre uma formação de aparas aqui que é predefinida pelas bordas de corte geometricamente indefinidas.

Também é preferida uma ferramenta de perfuração que pelo menos na área da ampliação do diâmetro e na segunda área apresenta um revestimento. Isto pode ser preferencialmente um revestimento de diamantes. O revestimento não é necessariamente previsto em toda a área do segundo diâmetro. O que importa é que compreende a área da ampliação do diâmetro e uma área que segue esta em direção à haste.

Também é preferida uma ferramenta de perfuração onde o revestimento é previsto em uma área preferencialmente anelar que compreende em parte a primeira área, a área da ampliação do diâmetro e em parte a segunda área. Nisso, o revestimento preferencialmente compreende uma pequena parte da primeira e da segunda área, de modo que - visto em direção longitudinal - é formado um anel relativamente estreito. Dessa forma pode ser economizado material de revestimento, sendo que ao mesmo tempo são revestidas as partes da broca essenciais para a usinagem. De preferência especial, a ponta da ferramenta de perfuração permanece sem revestimento.

Especialmente preferida é uma ferramenta de perfuração onde a ampliação do diâmetro e o segundo diâmetro são formados pelo revestimento. Então, um corpo básico da ferramenta de perfuração não é revestido na primeira área, ou apresenta apenas um revestimento fino. De acordo com isto, a área da ampliação do diâmetro e a segunda área são revestidas, e/ou a espessura do revestimento aumenta de tal modo nesta área que são formados a ampliação do diâmetro e o segundo diâmetro para a ferramenta. Em particular quando o revestimento tem grãos grossos, por exemplo, compreendendo grãos grossos de diamantes, o revestimento nesta área produz um desbaste de material que pode ser comparado com aquele de um processo de retificar ou afiar.

Mais realizações são evidentes das sub-reivindicações.
A tarefa também é solucionada com a criação de um processo para a produção de furos com as características da reivindicação 21. Especialmente para a produção de furos em materiais compósitos é usada preferencialmente uma ferramenta de perfuração de acordo com uma das reivindicações 1 a 20. A ferramenta de perfuração usada no processo compreende uma ponta com pelo menos uma borda de corte geometricamente definida, uma haste, um eixo longitudinal, uma ampliação do diâmetro e uma primeira área no lado da ponta com um primeiro diâmetro, e uma segunda área no lado da haste com um segundo diâmetro. De modo conhecido, a ferramenta e a peça a ser usinada para a produção do furo são giradas uma em relação à outra em torno do eixo longitudinal da ferramenta, e ao mesmo tempo são movidos um em direção ao outro. Tipicamente, a ferramenta de perfuração tem um acionamento rotativo e na produção do furo é deslocado em direção axial, isto é, em direção do seu eixo longitudinal, ao passo que a peça a ser usinada repousa em relação a um sistema de coordenadas estacionário no espaço. Isto, porém, não é essencial, o que é decisivo é o movimento relativo entre a peça a ser usinada e a ferramenta. O processo é caracterizado pelo fato de que na área da ampliação do diâmetro e/ou na área no lado da haste ocorre uma formação de aparas na usinagem de uma peça a ser usinada que corresponde àquela de uma usinagem de uma peça a ser usinada com uma borda de corte geometricamente indefinida. Isto significa que é realizada uma remoção de material relativamente fina que preferencialmente corresponde à remoção em um processo de retificar ou de afiar. Nisso surgem as vantagens que já foram comentadas no contexto da ferramenta de perfuração.

É preferido um processo onde um avanço da ferramenta de perfuração relativamente a uma peça a ser usinada em direção do eixo longitudinal durante a produção de um furo é selecionado de tal modo que o avanço por rotação e por borda de corte da ferramenta de perfuração é maior do que a metade da diferença entre o segundo e o primeiro diâmetro. O avanço,portanto, é maior do que a diferença de raios entre aprimeira e segunda área. Em especial o avanço é maior do que a altura de um degrau que é formado na área da ampliação do diâmetro entre a primeira área e a segunda área. Através dessa escolha do avanço, os resultados da furação em especial no que se refere à precisão e à tolerância de furos emmateriais compósitos são melhorados consideravelmente. Para calcular o avanço da ferramenta de perfuração por rotação e por borda de corte, o avanço axial por rotação é divididopelo número de bordas de corte principais na área da ponta.

É preferido um processo onde o avanço por rotação e borda de corte é maior do que a diferença entre o segundo diâmetro e o primeiro diâmetro. Neste caso, portanto, o avanço é maior do que o salto de raio duplo ou a altura de degrau dupla na área da ampliação do diâmetro.

Por fim, é especialmente preferido um processo onde um furo é acabado em um passo de trabalho. Em especial, depois da produção do furo com a ferramenta de perfuração não é necessário nenhum processamento posterior, especialmente nenhum escareamento. Depois de um único curso da ferramenta, isto é, uma entrada e saída da ferramenta no material, o furo apresenta um diâmetro definido, também em diversas camadas de um material composto e uma folga pequena, preferencialmente na faixa IT8 de acordo com ISO 286 ou melhor.

A seguir, a presente invenção é explicada mais detalhadamente com a ajuda das figuras. Elas mostram:
A figura 1 mostra uma vista lateral esquemática de uma ferramenta de perfuração.
A figura 2 mostra um detalhe fortemente ampliado da ferramenta de perfuração de acordo com a figura 1, na área de uma ampliação do diâmetro.
A figura 3 mostra uma vista lateral esquemática de uma segunda modalidade exemplar de uma ferramenta de perfuração.
A figura 4 mostra uma vista de seção transversal esquemática de uma terceira modalidade exemplar de uma ferramenta de perfuração na área de um segundo diâmetro.

A figura 1 mostra uma vista lateral esquemática de uma primeira modalidade exemplar de uma ferramenta de perfuração 1. Esta compreende uma ponta 3 e uma haste 5 em sua extremidade oposta que preferencialmente serve para fixar a ferramenta de perfuração 1 em um assento correspondente de uma máquina-ferramenta. Para fazer um furo em uma peça a ser usinada não mostrada, ou a peça a ser usinada ou a ferramenta de perfuração 1 é girada ao redor de um eixo longitudinal 7 da ferramenta de perfuração 1. Ao mesmo tempo a peça a ser usinada e a ferramenta de perfuração 1 são movidas uma em relação à outra em direção do eixo longitudinal 7, uma ao encontro da outra, de modo que a ferramenta de perfuração 1 com um segmento de usinagem 9 possa penetrar na peça a ser usinada, produzindo um furo. De preferência, a peça a ser usinada repousa relativamente a um sistema de coordenadas estacionário no espaço, ao passo que a ferramenta de perfuração 1 é acionado de modo giratório em torno do eixo longitudinal 7. De preferência, a ferramenta de perfuração 1 também é deslocada em direção do eixo longitudinal 7, ou avança, para que o segmento de usinagem 9 possa penetrar na peça a ser usinada. Por fim, no entanto, apenas é decisivo o movimento relativo entre a peça a ser usinada e a ferramenta de perfuração 1.

Na área da ponta 3, a ferramenta de perfuração apresenta pelo menos uma borda de corte geometricamente definida, preferencialmente pelo menos uma borda de corte principal e uma borda de corte secundária, na modalidade exemplar mostrada, uma primeira borda de corte principal 11 com uma borda de corte secundária 13 que segue o primeiro - visto em direção axial e um segundo borda de corte principal 11' com um borda de corte secundário 13' correspondente. É possível que sejam previstos apenas uma borda de corte 11 e uma borda de corte secundária 13. Em outras modalidades ainda são previstos mais que duas bordas de corte principais 11, 11' e mais que duas bordas de corte auxiliares 13, 13. Se a ferramenta de perfuração 1 tiver acionamento giratório ao redor do eixo longitudinal 7, na modalidade exemplar mostrada, partindo da posição mostrada na figura 1 durante uma rotação, a segunda borda de corte principal 11' sai do plano da figura, movimentando-se em direção ao observador. Ao mesmo tempo, a primeira borda de corte principal 11 entra no plano da figura, afastando-se do observador.

Na figura 1 é mostrada uma superfície livre 15 inclinada contra a direção de rotação da ferramenta de perfuração 1, cuja borda de corte junto com uma face de corte não mostrada constitui o borda de corte principal 11. Também é mostrada uma superfície livre auxiliar 17 cuja borda de corte com a face de corte não mostrada constitui a borda de corte secundário 13. Em uma modalidade exemplar preferida, no lugar da superfície livre auxiliar 17 é prevista uma chanfradura para a retificação de superfícies cilíndricas com a qual a ferramenta de perfuração 1 se apoia no furo.

Na superfície livre 15 preferencialmente é prevista uma abertura 19 que abre um canal de agente de refrigeração / lubrificação não mostrado que atravessa a ferramenta de perfuração 1. Através deste, durante a usinagem de uma peça a ser usinada, pode ser trazido um agente de refrigeração e lubrificação que sai da abertura 19, a fim de refrigerar e/ou lubrificar a área da ponta 3. Ao mesmo tempo, através do fluxo do agente de refrigeração e lubrificação são removidas do furo as aparas que surgiram na área das bordas de corte principais 11, 11' e bordas de corte auxiliares 13, 13'. A disposição aqui explicada da superfície livre 15, da superfície livre auxiliar 17 e da abertura 19 para a borda de corte principal 11 e borda de corte secundária 13, de preferência, é prevista do mesmo modo também na área da borda de corte principal 11' e da borda de corte secundária 13'. Portanto, uma explicação separada é dispensada.

Na figura 1 é também mostrada mais uma face de corte 21' cuja borda de corte junto com uma superfície livre não mostrada constitui o segundo borda de corte principal 11'. Além disso, uma borda de corte da face de corte 21' junto com uma superfície livre auxiliar também não mostrada, constitui a borda de corte secundária 13'. Uma face de corte correspondente também é prevista na área da borda de corte principal 11 e da borda de corte secundária 13, sendo que esta não é mostrada na figura 1.

Para a ferramenta de perfuração 1 são possíveis diversas geometrias, especialmente geometrias de borda de corte na área da ponta 3. O técnico no assunto conhece geometrias específicas que são especialmente bem apropriadas para o uso em materiais compósitos. O técnico no assunto escolherá sem dificuldade uma geometria conhecida apropriada, razão pela qual isto não será discutido aqui. O que é essencial, porém, é que na área da ponta 3 seja prevista pelo menos uma borda de corte afiada, geometricamente definida, especialmente uma borda de corte principal afiada e uma borda de corte secundária afiada.

Visto em direção do eixo longitudinal 7, especialmente em direção do avanço, a ferramenta de perfuração 1 apresenta, seguindo a ponta 3, uma ampliação do diâmetro 23. Nisso, -visto em direção longitudinal - a partir da ponta 3 até a ampliação do diâmetro 23, é prevista uma primeira área 25 com um primeiro diâmetro. A ampliação do diâmetro 23 pode ser executada como um salto do diâmetro ou como uma ampliação gradual do diâmetro que se estende ao longo de uma certa parte do comprimento axial da ferramenta de perfuração 1. Isto será explicado mais detalhadamente mais adiante. De qualquer maneira, a ampliação do diâmetro compreende uma extremidade voltada para a haste 5, onde o diâmetro da ferramenta de perfuração 1 não aumenta mais. A partir desta extremidade - visto em direção longitudinal - uma segunda área 27 com um segundo diâmetro estende-se em direção à haste 5. Em uma modalidade exemplar, esta pode continuar até a haste 5. Entretanto, preferencialmente também é possível que a área 27, visto a partir da ampliação do diâmetro 23, apenas se estende ao longo de certa parte da extensão longitudinal da ferramenta de perfuração 1 até a haste 5, sendo que a ferramenta de perfuração 1, depois, na área restante até a haste 5 pode possuir um diâmetro diferente, por exemplo, novamente um diâmetro menor ou eventualmente também um diâmetro novamente aumentado.

O segundo diâmetro na segunda área 27 é maior do que o primeiro diâmetro na primeira área 25.
A ampliação do diâmetro 23 e/ou a segunda área 27 é / são executadas de tal modo que aqui ocorre uma formação de aparas na usinagem de uma peça a ser usinada que corresponde àquela da usinagem de uma peça a ser usinada com uma borda de corte geometricamente indefinida.

De preferência, o segundo diâmetro no máximo é tanto maior do que o primeiro diâmetro que não são geradas aparas compridas ou grandes na segunda área 27 e na área da ampliação do diâmetro 23. Portanto, quando a ferramenta de perfuração 1 penetra em uma peça a ser usinada ao longo do eixo longitudinal 7, na primeira área 25 primeiro é feito um furo que apresenta uma sobremedida visando o furo acabado. O material que corresponde à sobremedida é então removido na área da ampliação do diâmetro 23 ou na segunda área 27 quando a ferramenta de perfuração 1 penetra ainda mais na peça a ser usinada. Nisso, a diferença entre o primeiro e o segundo diâmetro é selecionada de tal modo que em virtude da pequena medida, de preferência, ocorre uma remoção de partículas essencialmente em forma de pó de retificação, de modo que a usinagem lá é mais comparável a um processo de retificar e afiar. Assim, a ampliação do diâmetro 23 e a área 27 seguinte - visto em direção axial - também podem ser denominadas de estágio de retificação. O segundo diâmetro preferencialmente situa-se entre 0 µm e cerca de 60 µm, de preferência especial, entre cerca de 10 pm até 50 pm, de preferência especial entre cerca de 10 µm até 50 µm, de preferência muito especial, cerca de 30 pm maior do que o primeiro diâmetro. Especialmente preferido é também uma modalidade exemplar onde uma altura de degrau da ampliação do diâmetro 23, isto é quase que um salto de raio entre a área 25 e a área 27 é de no máximo 15 pm. Dessa forma, a profundidade de usinagem na área da ampliação do diâmetro 23 ou da área 27 é cerca de dez vezes menor do que as profundidades de corte no escareamento.

Em especial, preferencialmente o valor pelo qual o segundo diâmetro excede o primeiro diâmetro, independentemente de um material composto a ser processado, é selecionado de tal maneira que corresponde a mais ou menos um valor da maior ampliação do diâmetro nas camadas do material composto que ocorre na entrada de um furo no material composto com uma ferramenta de perfuração sem ampliação do diâmetro. O técnico no assunto, no caso de um determinado material composto a ser processado, primeiro averigua qual a divergência de diâmetro máxima que ocorre nas camadas de material quando o material é processado com uma ferramenta de perfuração convencional que não apresenta nenhuma ampliação do diâmetro. Para o processamento desse material, o técnico no assunto seleciona então uma ferramenta de perfuração 1 onde a diferença entre o segundo diâmetro e o primeiro diâmetro corresponde mais ou menos ao valor obtido da maior divergência de diâmetro. A ferramenta de perfuração 1 pode então preferencialmente ser ajustada para um determinado material composto ou para um determinado tamanho da divergência de diâmetro nas camadas do material. De acordo com isso é possível prever diversas ferramentas de perfuração 1 para diversos materiais compósitos.

A figura 2 mostra uma vista de detalhe esquemática, fortemente ampliada da ferramenta de perfuração 1 de acordo com a figura 1. Elementos idênticos ou exercendo funções idênticas levam as mesmas referências, de modo que se refere à descrição anterior. A ampliação do diâmetro 23 estende-se -visto em sentido axial - preferencialmente ao longo de uma área de ampliação 29. Isto significa que não é feita como um degrau radial abrupto, mas sim, apresenta uma certa extensão ao longo do eixo longitudinal 7. Na área de ampliação 29, o diâmetro da ferramenta de perfuração 1 aumenta de preferência continuamente da ponta 3 até a haste 5. Uma superfície circunferencial 31 da ferramenta de perfuração 1 forma na área de ampliação 29 um ângulo agudo α com o eixo longitudinal 7. Este preferencialmente situa-se entre cerca de 60° até mais ou menos 80°, de preferência especial, é de cerca de 70°. Ficou evidente que as forças introduzidas durante a usinagem de uma peça a ser usinada na área da ampliação do diâmetro 23 são menores quando o ângulo α é mais agudo ou menor. Em especial quando a ampliação do diâmetro 23 é executada como um salto de diâmetro radial, isto é, quando a superfície circunferencial 31 nesta área forma um ângulo de cerca de 90° com o eixo longitudinal 7, é formada aqui uma quina altamente solicitada, exposta a forte desgaste. Um ângulo α agudo ou menor pode contribuir, portanto, para diminuir o desgaste nesta área. Dessa forma é obtida uma vida útil maior para a ferramenta de perfuração 1. Em particular quando a ferramenta de perfuração 1 é revestida na área da ampliação do diâmetro 23, a fragmentação do revestimento devido a um ângulo α menor pode ser reduzida e assim, o desgaste diminuído.

Preferencialmente a área de ampliação 29 estende-se -visto em direção axial - ao longo de um comprimento de 0 até cerca de 10 mm, especialmente preferido, ao longo de um comprimento de cerca de 3 mm até cerca de 7 mm, de preferência especial, ao longo de um comprimento de cerca de 5 mm. Portanto, se a ampliação do diâmetro 23 neste ultimo caso especialmente preferido compreende uma altura de degrau ou uma ampliação de raio de 15 µm, o raio da ferramenta de perfuração 1 aumenta na área de ampliação 29 em 3 µm por milímetro.

A figura 3 mostra uma vista lateral esquematizada de uma segunda modalidade exemplar de uma ferramenta de perfuração 1. Elementos iguais e de funções iguais levam as mesmas referências, de modo que se remete à descrição acima. A ferramenta de perfuração 1, na modalidade exemplar de acordo com a figura 3, apresenta pelo menos na área da ampliação do diâmetro 23 e preferencialmente também na segunda área 27 pelo menos em parte, um revestimento. Na modalidade exemplar mostrado, o revestimento estende-se, visto a partir da ponta 3, até a haste 5, de uma primeira linha pontilhada L até uma segunda linha pontilhada L'. As linhas L, L' são linhas imaginadas que devem indicar a extensão do revestimento.

Em uma outra modalidade é possível revestir a ferramenta de perfuração 1 pelo menos em todo o segmento de usinagem 9 inclusive a ponta 3. Neste caso, porém, precisa ser garantido que o revestimento na área da ponta 3 é fino, de grãos finos - se sequer tiver grãos - e relativamente lisa para que as bordas de corte nesta área sejam afiadas e seja evitada uma formação de bordas de corte obstruídas. Além disso, precisa ser garantido um escoamento de aparas sem falhas.

Prefere-se não revestir a área da ponta 3 para que esta em todos os casos permaneça afiada.
De preferência, o revestimento compreende um revestimento de diamantes ou é feito como um revestimento de diamantes. Especialmente preferido, o revestimento, pelo menos na área da ampliação do diâmetro 23, preferencialmente também na área 27, é feito de grãos grossos. Em particular é possível que o revestimento nesta área apresente grãos grossos de diamantes para que na ampliação do diâmetro 23 e na área 27 ocorra uma remoção de material especialmente eficiente que em essência corresponde àquele de um processo de retificar e afiar. Os grãos do revestimento de diamantes produzem preferencialmente bordas de corte geometricamente indefinida.

O revestimento, de preferência, pode ser executado como uma camada de proteção contra desgaste, especialmente na área da ampliação do diâmetro 23 mais também na área 27.
Visto da ampliação do diâmetro 23 em direção à haste 5, o revestimento pode estender-se até qualquer extensão visto em direção axial. Em especial, o revestimento não precisa terminar na linha L' como mostra a figura 3. Por outro lado, um revestimento na área marcada pelas linhas L, L' é o suficiente e economiza material e custos. Como uma economia de custos especiais pode ser previsto que o revestimento quase que somente é previsto na área da ampliação do diâmetro 23, ou começa alguns milímetros axialmente antes da ampliação do diâmetro 23, terminando preferencialmente alguns milímetros atrás da mesma. É importante que em virtude do revestimento preferencialmente de grãos grossos na área da ampliação do diâmetro 23 preferencialmente é formado um estágio de fricção com bordas de corte geometricamente indefinidas.

O seguinte fica evidente de preferência o revestimento é previsto em uma área preferencialmente anelar que abrange parcialmente a primeira área 25, a ampliação do diâmetro 23, e parcialmente a segunda área 27. Nisso, o revestimento anelar estende-se - visto em direção axial -preferencialmente tanto para dentro da primeira como também para dentro da segunda área apenas ao longo de um trecho curto, de preferência especial, ao longo de alguns milímetros. Porém, em uma outra modalidade exemplar também é possível que o revestimento se estende pelo menos na segunda área 27 ao longo de um trecho maior, de preferência, se estende ao longo de toda a segunda área 27.

Na área da ponta 3 a ferramenta de perfuração 1 preferencialmente não é revestido para que esta seja afiada. Em um outra modalidade exemplar, porém, é possível que a ferramenta de perfuração 1 apresenta um revestimento na área da ponta 3. Mas, de preferência este se distingue do revestimento na área da ampliação do diâmetro e, de preferência especial, é liso. Em especial é possível realizar um revestimento fino na área da ponta 3. Dessa forma é garantido que o pelo menos um borda de corte geometricamente definido na área da ponta 3 esteja sempre afiado. O que importa nisso é que o revestimento na área da ponta 3 é muito mais liso do que o revestimento na área da ampliação do diâmetro 23.

Preferencialmente, a ampliação do diâmetro 23 e o segundo diâmetro são formados pelo revestimento. Este é então aplicado de um modo que sua espessura na área da ampliação do diâmetro 23 aumenta e, em fim, na área 27, o segundo diâmetro. Nisso, especialmente o diâmetro de um corpo básico da ferramenta de perfuração 1, onde o revestimento é aplicado, pode ser uniforme ao longo do eixo longitudinal 7. Se então o revestimento na área da ampliação do diâmetro 23 e preferencialmente também na segunda área 27 for de grãos grossos, ou abrange grãos grossos de diamantes, é garantida uma remoção de material que corresponde àquela de um processo de retificar ou afiar, em fim, a um processamento com borda de corte geometricamente indefinida.

É possível que o corpo básico da ferramenta de perfuração 1, partindo da área da ampliação do diâmetro 23 até a haste 5 apresenta uma geometria cilíndrica. Nesse caso não são previstas ranhuras no corpo básico - divergindo dos exemplos de execução mostrados nas figuras. Estas, em fim, não são obrigatoriamente necessárias para o processamento tipo retificar ou afiar de uma peça a ser usinada na área da ampliação do diâmetro 23 e na segunda área 27. Porém, elas facilitam o escoamento das partículas de material do furo.

Para o técnico no assunto é evidente que de resto não importa se as ranhuras - como nas modalidades de exemplo de acordo com as figuras 1 até 4 - são feitas em forma de espiral ou estendem-se em linha reta ao longo do eixo longitudinal 7. Os exemplos de execução com as duas geometrias são possíveis.

A figura 4 mostra uma vista em seção transversal esquemática de um terceira modalidade exemplar de uma ferramenta de perfuração 1, sendo que o plano de corte -visto da ponta 3 em direção ao eixo longitudinal 7 - seguindo a ampliação do diâmetro 23 é disposto na área 27. Elementos iguais ou exercendo funções iguais levam as mesmas referências, de modo que a respeito disso referência é feita à descrição acima. Na área do plano de corte são previstas pelo menos duas regiões de retificação, na modalidade exemplar de acordo com a figura 4, quatro regiões de retificação 33, 33', 33'', 33'''. Nisso, as regiões de retificação 33, 33'' são formadas por superfícies que quase que correspondem aos espaços livres secundários na área da ponta 3, sendo que na modalidade exemplar de acordo com a figura 4 são previstos duas bordas de corte principais e duas bordas de corte secundárias com os espaços livres secundários correspondentes. Divergindo da geometria da ponta onde são previstas bordas de corte secundárias afiadas, geometricamente definidas, porém as regiões de retificação 33, 33' escoam quase que com toda sua superfície o material de uma parede de furo 35. Logo, na área da ampliação do diâmetro 23 e na segunda área 27 preferencialmente não são previstas bordas de corte geometricamente definidas. Em especial, as regiões de retificação 33, 33', 33'', 33''' não abrangem nenhuma borda de corte geometricamente definida. Preferencialmente elas abrangem bordas de corte geometricamente indefinidas, por exemplo, um revestimento de grãos grossos.

No entanto, é possível uma modalidade exemplar, onde também na área da ampliação do diâmetro 23 e/ou na área 27 é previsto pelo menos uma borda de corte geometricamente definida. Também neste caso acontece nas áreas mencionadas uma geração de aparas que corresponde àquela em um processamento com borda de corte geometricamente indefinida, pois o primeiro e o segundo diâmetro somente se diferenciam por um valor respectivamente pequeno. De preferência, no entanto, nas áreas mencionadas são previstas bordas de corte geometricamente indefinidas, de modo que já por esta razão há uma geração de aparas correspondente. O levantamento do material é causado preferencialmente pelo revestimento preferencialmente com grãos grossos.

A preferência vai para uma modalidade exemplar onde na área da ponta 3 é prevista pelo menos uma borda de corte geometricamente definida, e na área da ampliação do diâmetro e na segunda área nenhuma borda de corte geometricamente definida, mas bordas de corte geometricamente indefinidas. Ao mesmo tempo, de preferência, a diferença entre o primeiro e o segundo diâmetro é muito menor do que corresponde à profundidade de processamento normal, por exemplo, no escareamento. A altura do degrau da ampliação do diâmetro 23, isto é, quase que o salto de raio entre a primeira área 25 e a segunda área 27 compreende preferencialmente um valor das faixas de valores já mencionadas.

Na figura 4 são mostradas faces 37, 31’, que correspondem à face de corte 21’ mostrada na figura 1 e à face de corte não mostrada, conjugadas a borda de corte principal 11. Também são mostradas ranhuras 38, 38’ que em direção à ponta 3 continuam nas ranhuras para aparas da ferramenta de perfuração 1. Na área mostrada na figura, as ranhuras 38, 38’, no entanto, não são denominadas de ranhuras para aparas, pois aqui não ocorre nenhum processamento com usinagem. Não obstante, na parede de furo 35 podem acumular-se nas ranhuras 38, 38’ partículas levantadas, essencialmente em forma de pó de retificação, e ser retiradas do furo através delas, ou eventualmente ser lavadas para fora por meio de um agente de refrigeração e lubrificação que a partir da ponta 3 flui através das ranhuras 38, 38'.

Como já foi explicado, não importa se as ranhuras para aparas ou ranhuras 38, 38' estão previstas na ferramenta de perfuração 1 em forma de espiral ou se elas se estendem em linha reta em direção do eixo longitudinal 7. São possíveis exemplos de execução com ambas as geometrias, sendo que nas figuras 1 até 4 apenas são mostrados exemplos de execução que compreendem ranhuras para aparas ou ranhuras 38, 38' em forma de espiral.

O sentido de rotação da ferramenta de perfuração 1 durante a usinagem de uma peça a ser usinada é indicado pela seta P na figura 4.

A superfície circunferencial 31 recua - visto contra o sentido de rotação e em sentido radial - a partir das regiões de retificação 33, 33''. Visto contra o sentido de rotação em direção circunferencial - seguindo as regiões de retificação 33, 33'', são feitas regiões de retificação 33', 33''' em cuja área a superfície circunferencial 31 sendo visto em direção radial - avança novamente, de modo que aqui o material da parede de furo 35 é retirado. Seguindo as regiões de retificação 33', 33''' - novamente visto em direção circunferencial - a superfície circunferencial 31 recua, até que ela finalmente se transforma nas ranhuras 38, 38'. As regiões de retificação 33', 33'' também podem continuar para além da ampliação do diâmetro 23 até a ponta 3, e ser formadas na primeira área 25 ou na área da ponta 3 como chanfraduras de apoio. É lógico que nessa área não há nenhuma remoção de material por meio das chanfraduras de apoio que lá somente servem para uma centralização e condução da ferramenta de perfuração 1.

Preferencialmente, as regiões de retificação 33, 33', 33'', 33''' - visto em direção circunferencial - apresentam uma distância angular desigual. Dessa forma pode ser evitada especialmente uma vibração da ferramenta de perfuração 1. Também em exemplos de execução onde a ferramenta de perfuração 1 apresenta apenas duas regiões de retificação 33, 33'', estas preferencialmente não são diametralmente opostas. Na figura 4 é claramente visível que as regiões de retificação 33' e 33''' não são diametralmente opostas. Em particular a região de retificação 33''' apresenta uma distância angular menor com a região de retificação 33 do que a região de retificação 33' com a região de retificação 33''. O que é preferido é uma divisão angular desigual, onde pelo menos uma segunda região de retificação segue uma primeira região de retificação por um ângulo que é diferente daquele ângulo pelo qual uma terceira região de retificação segue a segunda região de retificação. Em outras palavras, em uma ferramenta de perfuração 1 que compreende pelo menos três regiões de retificação, pelo menos uma região de retificação é de tal modo deslocada a partir da sua posição simétrica -visto em direção circunferencial - que não resulta mais nenhuma divisão de ângulo simétrica ou igual. O mesmo vale para uma ferramenta de perfuração 1 com quatro ou mais regiões de retificação. Especialmente preferido é que todos os ângulos entre cada vez duas regiões de retificação são diferentes.

Uma modalidade exemplar preferida de uma ferramenta de perfuração 1 compreende três regiões de retificação, sendo que uma região de retificação segue uma outra região de retificação - visto em direção circunferencial - mais ou menos a 30° até mais ou menos 50°, de preferência, a cerca de 35° até cerca de 45°, de preferência especial, a cerca de 40°. Tal ferramenta de perfuração 1 é especialmente pouco suscetível de vibrações. Em fim, dessa forma pode ser melhorada a qualidade da superfície do furo produzido com a ferramenta de perfuração 1.

As modalidades exemplares preferidas até agora descritos da ferramenta de perfuração 1, de preferência são feitos como uma só peça. Uma outra modalidade exemplar de uma ferramenta de perfuração 1 pode consistir de varias partes, especialmente de duas partes. Nesse caso, a primeira área 25 é executada como broca, ao passo que a segunda área 27 e a área da ampliação do diâmetro 23 são executadas como uma ferramenta de retificação, preferencialmente como um tipo de pedra de afiar. A ferramenta de perfuração 1 montada pode preferencialmente ser montada das duas ferramentas parciais com a ajuda de interseções em si conhecidas. Finalmente, também são possíveis ferramentas de perfuração de varias partes. Por exemplo, na área da ponta 3 pode ser previsto pelo menos um elemento de corte intercalado onde é disposta pelo menos uma borda de corte geometricamente definida.

A seguir é explicado detalhadamente o processo para a produção de furos. O processo é executado preferencialmente com a ajuda de uma ferramenta de perfuração de acordo com as explicações acima. Em todo o caso, a ferramenta de perfuração 1 compreende uma ponta 3 com pelo menos uma borda de corte, uma haste 5, um eixo longitudinal 7, uma ampliação do diâmetro 23 e uma área 25 no lado da ponta com um primeiro diâmetro e uma área 27 no lado da haste com um segundo diâmetro. Na área da ampliação do diâmetro 23 e/ou na área 27 no lado da haste acontece uma geração de aparas durante a usinagem de uma peça a ser usinada que corresponde àquela de uma usinagem de uma peça a ser usinada com uma borda de corte geometricamente indefinida.

O avanço axial da ferramenta de perfuração 1 por rotação e borda de corte em relação a uma peça a ser usinada é selecionado de tal modo que é maior do que a metade da diferença entre o segundo e o primeiro diâmetro. Portanto, o avanço é maior do que a diferença de raios entre a área 27 e a área 25.

É preferencialmente preferido, o avanço por rotação e por borda de corte é maior do que a diferença de diâmetro entre a área 27 e a área 25.

Através da seleção correspondente do avanço a qualidade da superfície do furo ou a precisão do diâmetro ao longo de diferentes camadas de um material composto processado e a tolerância do furo podem ser melhoradas.

De preferência especial, o furo é feito em um passo de trabalho. Para a produção do furo, a ferramenta de perfuração 1 penetra uma vez na peça a ser usinada e sai dela. Em seguida, o furo possui a tolerância desejada e assim um diâmetro precisamente definido, também nas diversas camadas de um material composto. Não são necessários outros passos de usinagem, especialmente nenhuma afiação posterior. Nisso é possível, de preferência especial, produzir um furo em um passo de trabalho, isto é, durante um curso de trabalho da ferramenta que apresenta uma tolerância na faixa de IT8 de acordo com ISO 286, ou melhor

De preferência, o processo é executado com uma ferramenta de perfuração 1 de acordo com as explicações acima, em particular das modalidades exemplares de acordo com as figuras 1 até 4. Neste caso, uma usinagem acontece na área da ampliação do diâmetro 23 ou na área 27 que corresponde àquela com uma borda de corte geometricamente indefinida. No caso, acontece um levantamento de material que é semelhante àquele de um processo de retificação ou de afiação.

Na produção de um furo com a ferramenta de perfuração 1 ou com a ajuda do processo, os diversos parâmetros físicos ou propriedades de usinagem de diversas camadas de um material

composto não podem ter um efeito negativo em relação à tolerância do furo no mesmo modo como é o caso com ferramentas de perfuração convencionais, pois o desbaste de material para a obtenção da medida final do furo ocorre, não como no caso de um processamento com uma borda de corte geometricamente definida, mas de acordo com um processo de retificação ou de afiação. Dessa forma, em um único passo de trabalho pode ser produzido um furo que no que se refere a sua tolerância do diâmetro, é até mesmo mais exata do que um furo, que primeiro é pré-furado com ferramentas convencionais e depois, em um segundo passo de trabalho, é acabado por meio de afiação. Em virtude da remoção semelhante à retificação ou afiação na área da ferramenta de perfuração 1 que faz o furo na medida final, não podem se formar aparas compridas de material tenaz que entopem os coletores de aparas da ferramenta de perfuração 1 e/ou danificam a superfície do furo. Em virtude das aparas, no máximo muito pequenas, ou da remoção parecida com pó de retificação que surge na usinagem do furo para a medida final, a ferramenta apresenta uma vida útil longa e um desgaste pequeno também com materiais muito abrasivos reforçados por fibras, tais como, por exemplo, CFRP.

Claims

Ferramenta de perfuração para a produção de furos, especialmente em materiais compósitos, compreendendo
- - uma ponta (3) e uma haste (5) disposta no lado oposto à ponta (3) como visto em direção de um eixo longitudinal (7) da ferramenta de perfuração, sendo que
- - a ferramenta de perfuração (1) apresenta na área da ponta (3) pelo menos uma borda de corte geometricamente definida, e compreendendo
- - uma ampliação do diâmetro (23) que segue a ponta (3) como visto da ponta (3) em sentido longitudinal, sendo que a ferramenta de perfuração (1) possui uma primeira área (25) avançando na frente do diâmetro ampliado (23) com um primeiro diâmetro, e uma segunda área (27) em seguido à ampliação do diâmetro (23) com um segundo diâmetro, sendo que
- - o segundo diâmetro sendo maior do que o primeiro diâmetro, em que
- - o diâmetro ampliado (23) e/ou a segunda área (27) é/são incorporadas de tal modo que na área da ampliação do diâmetro (23) e/ou na segunda área (27) ocorre uma geração de aparas no processamento de uma peça a ser usinada que corresponde àquela de um processamento de uma peça a ser usinada com uma borda de corte geometricamente indefinida
caracterizada pelo fato de que
- - a ferramenta de perfuração (1) inclui um corpo de base provido com ranhuras.
Ferramenta de perfuração, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a área da ampliação do diâmetro (23) e a segunda área (27) não apresentam nenhuma borda de corte geometricamente definida.
Ferramenta de perfuração, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 2, caracterizada pelo fato de que a área da ampliação do diâmetro (23) e/ou a segunda área (27) apresentam bordas de corte geometricamente indefinidas.
Ferramenta de perfuração, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 12, caracterizada pelo fato de que o segundo diâmetro é maior do que o primeiro diâmetro por estar entre 0 µm e 60 µm.
Ferramenta de perfuração, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 4, caracterizada pelo fato de que o valor pelo qual o segundo diâmetro é maior do que o primeiro diâmetro em dependência de um material compósito a ser processado, é selecionado de tal modo que corresponde aproximadamente a um valor da maior divergência de diâmetro nas camadas do material composto que ocorre na produção de um furo no material compósito com uma ferramenta de perfuração sem ampliação do diâmetro.
Ferramenta de perfuração, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 5, caracterizada pelo fato de que a ferramenta de perfuração (1) pelo menos em uma área que que segue a ampliação do diâmetro, como visto na direção axial, compreende pelo menos duas regiões de retificação (33, 33', 33'', 33''').
Processo para produção de furos, especialmente em materiais compósitos e especialmente com a ajuda de uma ferramenta de perfuração (1) como definida nas reivindicações 1 até 6, em que a ferramenta de perfuração (1) possui uma ponta (3) com pelo menos uma borda de corte geometricamente definida, uma haste (5), um eixo longitudinal (7), uma ampliação do diâmetro (23) e uma área (25) no lado da ponta com um primeiro diâmetro, e uma área (27) no lado da haste com um segundo diâmetro, em que na área da ampliação do diâmetro (23) e/ou na área (27) no lado da haste ocorre uma geração de aparas durante a usinagem de uma peça a ser usinada que corresponde àquela de um processamento de uma peça a ser usinada com uma borda de corte geometricamente indefinida caracterizado pelo fato de que a ferramenta de perfuração (1) inclui um corpo de base provido com ranhuras.
Processo, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que um avanço da ferramenta de perfuração (1) em relação a uma peça a ser usinada em direção do eixo longitudinal (7) durante a produção de um furo é selecionado de tal modo que o avanço por rotação e por borda de corte da ferramenta de perfuração (1) é maior do que a metade da diferença entre o segundo e o primeiro diâmetro.
Processo, de acordo com uma das reivindicações 7 ou 8, caracterizado pelo fato de que a diferença entre o primeiro diâmetro na primeira área (25) e o segundo diâmetro na segunda área (27) é determinada como segue:
- - em um material compósito a ser usinado com a ferramenta de perfuração, é feito um furo por meio de uma ferramenta de perfuração sem ampliação do diâmetro;
- - o valor da maior diferença de diâmetro nas camadas de material do material compósito é determinado;
- - a diferença entre o primeiro e o segundo diâmetro é selecionada de tal modo que o segundo diâmetro é maior do que o primeiro diâmetro pelo valor obtido.